重复趾屈肌收缩对业余活跃成年人拇趾力量与跑步生物力学的影响

《Applied Sciences》：Effects of Repeated Toe-Flexor Contractions on Hallux Strength and Running Biomechanics in Recreationally Active Adults

　　

足部肌肉在跑步期间有助于缓冲冲击和推进，然而重复的趾屈肌收缩及其相关的力量损失对跑步生物力学的影响仍知之甚少。这项随机交叉研究的主要目的是调查重复向心和等长趾屈肌收缩对拇趾屈曲力量的急性影响，以此作为疲劳的指标；次要分析检查了跑步地面反作用力（GRF）的结果。19名业余活跃成年人完成了相隔一周的两种干预：向心趾屈肌收缩，以及等长趾屈肌收缩结合足内侧纵弓（MLA）的电刺激。在每次干预前后，评估了拇趾屈曲力量以及9和12 km·h^?1跑步机跑步期间的地面反作用力。向心方案使拇趾屈曲力量降低了20%，而等长方案则没有。在任一方案之后，所有假设驱动的跑步生物力学结果，包括接触持续时间、冲击峰值力、主动峰值力和垂直刚度，均未发生显著变化。探索性次要分析表明，选定的腿部刚度和冲量变量发生了变化。在业余活跃的成年人中，重复的向心趾屈肌收缩诱发了可测量的神经肌肉疲劳，而等长方案未显著降低拇趾屈曲力量；生物力学变化仅限于探索性结果。

人体足部在运动过程中发挥支撑、衰减冲击、推进和维持平衡的作用。这些功能依赖于被动组织、感觉反馈和主动肌肉控制之间的相互作用。肌肉控制由内在足肌（IFMs，起源于并附着于足内的肌肉）和外在足肌（EFMs，起源于小腿并附着于足部的肌肉）共同保证。在行走和跑步时，足部肌肉的交互作用有助于控制负荷时的足部变形并增加蹬地时的跖趾关节刚度。足肌功能受损与衰老及多种骨骼肌肉、全身性和神经系统疾病相关。既往实验常采用胫神经阻滞来研究足肌功能，但该方法同时降低了肌肉激活、本体感觉和皮肤感觉，导致生物力学效应解释复杂化。神经肌肉疲劳（持续或重复活动后产生力量能力的下降）可能提供一种短暂的肌肉功能受损互补模型。然而，以往诱发足肌疲劳的研究存在不一致性，部分研究未发现力量下降或未量化疲劳程度。这些差异部分源于方法学局限，如干预时间短（通常1-8分钟）且多在坐位或无负荷下进行。由于足肌在运动中通过推进时的动态缩短和足弓控制时的准等长力产生发挥作用，目前尚不清楚强调这些不同需求的重复收缩是否会诱发相当的力量损失或跑步时不同的生物力学变化。此外，急性趾屈肌疲劳对跑步生物力学的影响仍知之甚少。为此，研究人员开展了一项研究，旨在调查重复向心和等长趾屈肌收缩方案对拇趾屈曲力量的急性前后变化及跑步生物力学影响。研究得出结论：在业余活跃成年人中，重复向心趾屈肌收缩诱发了可测量的神经肌肉疲劳，而等长方案未显著降低拇趾屈曲力量；生物力学变化仅限于探索性结果。该研究对完善实验性疲劳方案、理解短暂趾屈肌受损如何影响跑步负荷、刚度及推进具有重要意义，并已发表在《Applied Sciences》期刊上。

样本队列来源为20名业余活跃成年人（最终19名完成，16男3女）。研究采用随机交叉设计，干预间隔一周洗脱期。两种干预均在负重站立下进行16分钟，男性负重20 kg，女性负重15.2 kg。干预A为针对平衡垫的重复向心拇趾及趾屈曲；干预B为重复等长拇趾及趾屈肌收缩，结合足内侧纵弓（MLA）电刺激。使用手持测力计在长坐位下评估拇趾屈曲力量，并使用配备测力台的跑步机采集9和12 km·h^?1跑步时的地面反作用力（GRF），以计算接触时长、冲击峰值力、主动峰值力及垂直刚度等。

Participants（参与者）：1名参与者因头晕退出，不同序列间的定量人口统计学结果无显著差异。
Neuromuscular Fatigue（神经肌肉疲劳）：重复向心趾屈肌收缩导致长坐位拇趾屈曲力量大幅下降20%，而等长收缩未显著降低力量，部分证实了研究假设。舟骨下降未受干预显著影响。干预A中站立位拇趾屈曲力量从熟悉阶段至16分钟保持稳定。
Perceived Fatigue and Current Intensity（感知疲劳与电流强度）：两种干预中感知疲劳均增加，干预A中位数达7，干预B达6。干预B的电刺激电流强度从熟悉阶段的14 mA增加至结束时的16 mA。
Running Biomechanics（跑步生物力学）：所有假设驱动的跑步生物力学结果，包括接触时长、冲击峰值力、主动峰值力和垂直刚度，在任何干预后均未显著改变。探索性次要分析发现，两种方案后腿部刚度增加（干预A在12 km·h^?1时增加5.2%，干预B在9 km·h^?1时增加3.6%）；冲量变化具有方案和速度特异性，干预A在12 km·h^?1时推进冲量降低2.9%，干预B在9 km·h^?1和12 km·h^?1时垂直冲量分别降低1.5%和1.8%。

在讨论部分，研究人员总结了既往足肌疲劳方案多较短且无负重，本研究采用的16分钟负重站立干预施加了更大需求。向心方案后力量下降20%符合疲劳表现，但个体层面的功能意义仍不确定。长坐位测试下踝关节跖屈以减少EFM贡献，而站立测试允许更多外在肌肉参与，解释了两测试间结果的差异。等长方案未显著降力，可能因间歇收缩设计或电刺激强度受限于参与者耐受度。舟骨下降未改变，可能因肌肉未受足够影响或其他足弓支持结构代偿，且静态测量无法完全反映动态变化。本研究是首次检查旨在诱发疲劳的重复趾屈肌收缩后跑步生物力学的研究。由于等长方案未显著降力，观察到的生物力学变化应被视为对运动暴露或电刺激的反应，而非确证疲劳的后果。探索性分析显示腿部刚度增加和冲量变量降低，提示重复趾屈肌收缩可能改变跑步时类似弹簧的下肢行为。研究存在局限：未采用完全交叉模型分析；未能分离IFMs和EFMs；等长方案未诱发确证力量损失且两方案在收缩模式、占空比及电刺激使用上存在差异；未直接监测收缩质量和肌肉募集；样本量小且以男性为主，赤足跑步机条件限制了对穿鞋跑步及更广泛人群的普适性。研究结论表明，在业余活跃成年人中，负重站立下重复向心趾屈肌收缩降低了拇趾屈曲力量，表明存在可测量的神经肌肉疲劳；等长方案产生感知疲劳但无确证力量损失；两者均未显著改变假设驱动的跑步生物力学结果；探索性结果显示腿部刚度和冲量变量变化，需进一步研究确认并阐明机制。